专门水文地质学 (46).doc

吉林大学精品课专门水文地质学教材专门水文地质学 第七章 地下水水质评价 地下水水质是指水和其中所含的物质组分所共同表现的物理、化学和生物学的综合特征。各项水质指标则表示水中的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。地下水中物质成分来源主要是由赋存于岩石圈中的地下水不断与岩土发生化学反应，并在大气圈、水圈和生物圈进行水量交换而形成的，人类活动对地下水所含物质组分的改变与影响呈日益加剧的趋势。 地下水水质评价是地下水资源评价的重要组成部分，只有水质符合要求的地下水才是可以利用的地下水资源。不同目的的用水对水质的要求不同，各种不同目的用水对水质要求的标准，是地下水水质评价的准则。这些标准是在实践中不断地总结、修改，逐渐完善的。因此，在进行水质评价时，应以最新标准为依据，不仅考虑水质的现状是否符合标准，还应考虑是否有改善的可能，即经过处理后能否达到用水标准；还应预测地下水开采后水质可能发生的变化，并提出卫生防护和管理的措施。 7.1饮用水水质评价 随着人类生活水平和质量的提高，生活用水作为饮用水增长幅度愈大，对用水水质的要求愈加严格。当前，我国由于污染造成的供水水质与生活用水质量之间的矛盾十分突出。显然，了解和认识生活用水质量标准与评价方法，对保证水源利用安全性具有重要的实际意义。生活用水主要包括生活饮用水和生活杂用水两部分组成，由于使用的目的不同，对水质的要求有一定的差别。由于我国目前在供水系统中较少将其分开，一般只进行生活饮用水评价。对生活用水必须满足人们生理感觉良好，并对人体健康无害的要求。因此，评价时，应考虑水的物理性质，溶解的普通盐类，特别应注意地下水是否受到细菌和毒物的污染。 一、对饮用水物理性质的要求（感观评价） 饮用水的物理性质应当是无色、无味、无臭、不含可见物，清凉可口（水温7-110C）。水的物理性质不良，会使人产生厌恶的感觉，说明它含有一定的化学成分。例如，含腐殖质的水呈黄色，含低价铁的水呈淡蓝色，含高价铁或锰的水呈黄色至棕黄色；水中悬浮物多时呈混浊的浅灰色，硬水呈浅蓝色；含硫化氢的水有臭鸡蛋味，含有机物及原生动物的水，可能有腐味、甜味、霉味、土腥味等；含高价铁有发涩的锈味，含硫酸铁或硫酸钠的水呈苦涩味，含氯化钠过多的水则有咸味等。 二、对饮用水中普通溶解盐的评价 水中溶解的普通盐类，主要指常见的离子成分，如Cl-、SO42-、HCO3-、Ca2、Mg2、Na、K、Fe、Mn、I、Sr、Be等。这些成分大都来源于天然矿物，在水中的含量变化很大。它们的含量过高时，会损及水的物理性质，使水过咸或过苦，不能饮用。它们含量过低时，会对人体健康产生不良影响。饮用水标准中规定，水的总矿化度不应超过1g/L。由于人体对饮用水中普通盐类的含量多少具有很快的适应能力，所以在一些淡水十分缺乏的地区，总矿化度为1－2g/L的水，也可用于饮用。 在饮用水水质评价中，以下情况值得重视。 水的硬度按GB5749－85标准，饮用水的总矿化度（以碳酸钙计）不应超过450mg/L 的限量。以德国度计时，一般不得在于25度。硬度太小的水，对人体了不宜，规定不得小于8度，最好是10－15度。钙是人体必须的矿物质，主要从饮用水中摄取，饮水中缺钙，易患牙病，并影响心血管系统及骨骼的生长等，可出现许多不适应的症状。当水中含过量的锶或铍时，可能易患大骨节病、佝偻病和克山病。人体对镁的需求量远比钙少得多，水中含镁过多时，易使水发涩、发苦，特别是硫酸镁含量大于300－500mg/L时，能引起肚泻。 硫酸盐（SO42-）水中硫酸盐含量过高时，会使水味变坏，甚至引起腹泻，使肠道机能失调。水中硫酸盐的含量应在250mg/L以下。在水中缺钙的地区，当硫酸盐含量低于10mg/L时，易患大骨节病。 碘（I-）人体需要适量的碘，以制造甲状腺激素，维持碘代谢。碘在淡水中的含量一般很低（0.002-0.01mg/L），易为植物吸收（特别是柳树）。人体如果缺碘，会发生甲状腺肿大病和克汀病。 锶（Sr）和铍（Be）天然水中锶和铍含量一般甚微。当其含量增高时，可引起大骨节病、锶佝偻病和铍佝偻病。饮用水标准对锶的含量限定为0.003mg/L 铜（Cu）和锌（Zn）铜和锌是人体必需的元素，其限定量均为1.0mg/L；若摄取过量，也有毒性。硫酸铜的毒性较大，会引起肠胃炎、肝炎、黄疸病等。锌的毒性较弱，但食得过多，也可引起肠胃炎及消化道粘膜被腐蚀等疾病。 氧化亚铁和锰这两种物质影响水的味道。当氧化亚铁含量达到0.3mg/L时，水具有墨水味；若水中锰的含量达到0.1mg/L，水有不良味道。 三、对饮用水中有毒物质的限制 水中的有毒物质主要有砷、硒、镉、铬、汞、铅、氟、氰化物、酚类，有时还有洗涤剂及农药。这些物质在地下水中出现，主要是地下水受到污染所致，少数也有天然形成的。 砷（As）砷的毒性较大；饮用水中砷的含量大于0.01 mg/L时，能麻痹细胞的氧化还原过程，使人容易患血性贫血，并有致癌作用。饮用水中砷的允许含量一般为0.01－0.02 mg/L；超过0.05 mg/L时不能饮用。 硒（Se）硒对人体也有较大强毒性。它在人体中蓄积作用明显，易引起慢性中毒，损害肝脏和骨骼的功能。1975年后，人们认识到硒在生物功能方面具有双重性，它既是有毒元素，又是生命所必需的微量元素，如对癌症，则有致癌和抗癌的两重性。近期研究表明，人体摄入硒应适量。虽饮用水标准中对硒的限量为0.01mg/L，但有的学者认为，应在0.1010-6～0.1510-6之间；低于或高于此数，都将会导致硒的中毒性或低毒性地方病。现已证实，硒可预防和治疗多种疾病。 镉（Cd）镉有很强的毒性，能在细胞中蓄积，是一种不易被人体排出的有毒元素。它可使肠、胃、肝、肾受损，还能使骨骼软化变脆；产生骨痛病。有人认为，贫血及高血压也与镉在机体内蓄积有关。饮用水标准对镉的限定含量0.01mg/L。 铬（Cr）铬，特别是六价铬对人体有害，当饮水中铬量大于0.1 mg/L时，会刺激和腐蚀人体的消化系统，能破坏鼻内软骨，甚至可致肺癌。饮用水标准对铬的限定含量0.05 mg/L。 汞（Hg）汞为蓄积性毒物。它进入人体后，可使人的中枢神经、消化道及肾脏受损害，使细胞的蛋的质沉淀，形成细胞 原浆毒。妇女、儿童及肾病患者对汞敏感。汞还能从妇女乳腺排出，影响婴儿健康。饮用水标准对贡的限定含量0.01mg/L。 铅（Pb）铅为蓄积性毒物。当人体内蓄积铅较多时，会使高级神经活动发生障碍，产生中毒症状，甚至侵入骨髓内，使人瘫痪。它也能从妇女乳腺中排出，影响婴儿健康。饮用水标准对铅的限定含量0.05 mg/L。 氟（F）氟与人的牙齿和骨骼健康有关。饮用水中含量过低或过高，都对人体表害。当含氟过低（小于0.3mg/L）时，会失去防止龋齿的能力；含氟量过高（大于1. 5mg/L）时，可使牙齿釉质腐蚀，出现氟斑齿，甚至造成牙齿损坏。长期饮用高氟水，还能引起骨骼变形 等慢性疾病（氟骨症），甚至残废。饮用水标准中含氟最高限量1.0 mg/L。 氰化物毒性大。它进入人体后，会使人中毒；当达到一定浓度时，可使人急性死亡。饮用水中的氰化物限量为0.05 mg/L. 酚类各种酚类是强毒性有机化合物。当水中含酚量达到0.005 mg/L时，如用氯消毒处理饮用水，会产生使人难忍的氢酚味，不能饮用。饮用水中酚类的限量为0.002 mg/L。 四、对饮用水细菌及有机污染物的限量 当地下水被生活污水污染时，水中常含各种细菌、病原菌、病毒和寄生虫等，这种水不能作为饮用水。然而，水中的细菌，特别是病原菌不是随时都能要检出和查清的。因此，为了保障人体健康和预防疾病，便于随时判断致病的可能性和水受污染的程度，一般是取水样检验细菌总数，并测定能说明被粪便污染又易被发现的大肠杆菌的指标及与细菌活动有关的有机物指标。 （一）细菌指标 细菌族的总数指水样在相当于人体温度（37℃）下经24h培养后，每毫升水中所含各种细菌族的总个数，规定此数不应超过100个。 大肠杆菌族指标大肠杆菌本身并非致病菌，一般对人体无害，但若在水中发现很多大肠杆菌，则说明水已被污染，存在有病原菌的可能性。饮用水标准规定，每升水中大肠杆菌数不得超过3个。 （二）有机污染指标 水中某些化学成分的出现，也可以作为评价水是否被有机物污染的间接指标。这些成分有氮化物（氨氮，硝酸氮及亚硝酸氮）、磷酸盐及硫化氢等。 氨氢（NH3,NH4）氨氢是水体受到有机物污染的重要标志。天然水中氨氮的含量极少，它们主要是在还原环境中，有机物在细菌作用下腐败分解，经复杂的生物化学作用而析出的产物。当它们在水中的含量较高时，说明水已被污染。作为饮用水，一般不规定其含量不得超过0.5 mg/L。 亚硝酸盐氮（）氨经氧化可生成亚硝酸盐 当水中存在亚硝酸盐时，说明水中有细菌繁殖活动，而且NO2-本身对人体也有害。它被吸入血液后，能与血红蛋白结合，形成失去带氧功能的变形血红蛋白，使组织缺氧而中毒，重者可导致呼吸循环衰弱。我国饮用水标准对其出限量为0.01 mg/L。 硝酸盐氮（）在深层地下水中，可以由矿物质溶解产生；但在一般水中，多数是由动物尸体分解的产物，亚硝酸进一步氧化便形成硝酸根。此外，还来源于农药、化肥的污染。如果饮用水中硝酸盐含量过高，则对人体健康有影响，特别是对儿童的影响较大。饮用水中硝酸盐含量不允许超过20mg/L。 磷酸盐以 H2PO4-、HPO42-、PO43-等形式存在于水中。HPO42-来源于磷矿物；H2PO4-可来源于无机物及有机物，蛋白质经细菌氧化后可生成H2PO4-；PO43-是动物尿中的物质，主要来源于动物排泄物（在无污染的天然水中，仅在PH值大于9时才有可能出现）。饮用水中，一般不允许PO43-存在。有些地区规定，磷的含量不超过0.1mg/L。 硫氢化物天然水中一般只有H2S及HS-两种形式。它们可来源于无机物，也可来源于有机物。无机来源是含硫酸较多的水与煤、石油接触，发生反应产生的，风化带中的矿物分解也可产生。有机来源是动物体或含硫蛋白质在缺氧条件下分解形成的。当在水中发现硫化氢时，可参考其他指标和环境情况来判定是否受到污染。由于硫化氢有臭味、有毒性，无论其成因如何都不允许在饮用水中出现，其含量不应大于0.5mg/L。 耗氧量和溶解氧水中溶解氧减少或者耗氧量增加，都说明水中有机物增多，水可能已被污染。当耗氧量为1mg/L时，相当于有机物含量21mg/L。一般规定，耗氧量不得大于2.5mg/L。 我国卫生部于1973年颁发了生活饮用水水质标准，各地方也指定了地方饮用水标准。1985年卫生部又颁发了新的全国饮用水标准（GB574985），见表7-1。在进行饮用水水质评价时，应以最新标准为依据，并可结合地方标准统一考虑。 在进行水质评价时，应将勘察区所取水样分析资料，逐项与标准对照比较，只有全都符合标准的水才可以作为饮用水。如果出现个别超标项目，则看其经人工处理后能否达到标准要求；若能，则应指出必须经处理后才以能作为饮用。对区域不同地段和不同层位的地下水，可根据达到标准或超过标准的程度，将地下水分为若干级别（目前尚无统一的分级）来评价，例如可分为优良、合格、微超标、严重污染等四级（或三级）。 表7-1 我国生活饮用水卫生标准（GB5749-85） 项 目 标 准 项 目 标 准 色度 不超过15度 挥发酚 0.002mg/L 浊度 不超过3度 氟化物 1.0mg/L 嗅 不得有异嗅 氰化物 0.05mg/L 味 不得有异味 砷 0.05mg/L 肉眼可见物 不得含有 硒 0.01mg/L PH 6.5-8.5 汞 0.001mg/L 总硬度（以碳酸钙计） 450mg/L 镉 0.01mg/L 硫酸盐 250mg/L 六价铬 0.05mg/L 氯化物 250mg/L 铅 0.05mg/L 总铁 0.3mg/L 硅酸盐氮 20mg/L 溶解性总固体 1000mg/L 银 0.05mg/L 锰 0.1mg/L 细菌总数 100个/ml 铜 1.0mg/L 总大肠菌群 3个/L 锌 1.0mg/L